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1、实验一 低碳钢、铸铁的拉伸实验拉压实验是材料的力学性能实验中最基本最重要的实验，是工程上广泛使用的测定材料力学性能的方法之一。一、实验目的：1、了解万能材料试验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确使用方法。2、通过实验，观察低碳钢和铸铁在拉伸时的变形规律和破坏现象，并进行比较。3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限s、强度极限b、延伸率和截面收缩率，铸铁拉伸时的强度极限b。二、实验设备及试样1、万能材料试验机2、游标卡尺3、钢直尺4、拉伸试样：图2.7 拉伸试样由于试样的形状和尺寸对实验结果有一定影响，为便于互相比较，应按统一规定加工成标准试样。图2.7分别表示横截面为圆形和矩形的拉伸试样。L0是
2、测量试样伸长的长度，称为原始标距。按现行国家GB6397-86的规定，拉伸试样分为比例试样和非比例试样两种。比例试样的标距L0与原始横截面A0的关系规定为 （2.2）式中系数k的值取为5.65时称为短试样，取为11.3时称为长试样。对直径d0的圆截面短试样，=5d；对长试样， 。本实验室采用的是长试样。非比例试样的L0和A0不受上列关系的限制。试样的表面粗糙度应符合国标规定。在图2.7中，尺寸称为试样的平行长度，圆截面试样不小于0d0；矩形截面试样不小于0b0/2。为保证由平行长度到试样头部的缓和过渡，要有足够大的过渡圆弧半径。试样头部的形状和尺寸，与试验机的夹具结构有关，图2.7所示适用于楔
3、形夹具。这时，试样头部长度不小于楔形夹具长度的三分之二。三、实验原理及方法图2.9 低碳钢拉伸时的P-L曲线常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验。可用以测定弹性和，比例极限p，屈服极限s（或规定非比例伸长应力），抗拉强度b，断后伸长率和截面收缩率等。这些力学性能指标都是工程设计的重要依据。1、低碳钢拉伸实验图2.91）、屈服极限s及抗拉强度b的测定对低碳钢拉伸试样加载，当到达屈服阶段时，低碳钢的曲线呈锯齿形（图2.8）。与最高载荷su对应的应力称为上屈服点，它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。同样，载荷首次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标。一般将初始瞬时效应以
4、后的最低载荷sl，除以试样的初始横截面面积0，作为屈服极限s，即s （2.3）若试验机由示力度盘和指针指示载荷，则在进入屈服阶段后，示力指针停止前进，并开始倒退，这时应注意指针的波动情况，捕捉指针所指的最低载荷Psl。图2.8 低碳钢拉伸时的P-L曲线屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了抵抗继续变形的能力（图2.8）。载荷到达最大值Pb时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“缩颈”现象。这时示力度盘的从动针停 图2.9留在Pb不动，主动针则迅速倒退，表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。以试样的初始横截面面积Ao除Pb得抗拉强度b，即 （2.4）2）伸长率及截面收缩率的测定试样的标距原长为0，拉
5、断后将两段试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为1，断后伸长率应为 (2.5)图2.9 断口移中法测L1断口附近塑性变形最大，所以1的量取与断口的部位有关。如断口发生于0的两端或在0之外，则实验无效，应重做。若断口距0的一端的距离小于或等于（图2.9），则按下述断移中法测定0。在拉断后的长段上，由断口处取约等于短段的格数得点，若剩余格数为偶数（图2.9b），取其中一半得点，设长为a，长为b，则1a2b。当长段剩余格数为奇数时（图2.9c），取剩余格数减后的一半得点，加后的一半得1点，设、和1的长度分别为a、b1和b2，则1ab1 b2。试样拉断后，设缩颈处的最小横截面面积为1，由于断口不是
6、规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算 1，然后按下式计算断面收缩率： (2.6)2、铸铁拉伸实验铸铁属于脆性材料，拉伸过程中，没有屈服和“颈缩”现象，它的曲线近似一条斜直线（如图2.10），本实验我们只测铸铁的抗拉强度极限，所以实验结束后，主动针退回零位，从动针所指示的载荷即是b，代入式(2.4)计算得出b。四、实验步骤1、测量试样直径在标距0的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算各横截面面积，再以三个横截面面积中的最小值为0。2、试验机准备根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选择相适应的示力度盘和摆锤重量，需要自动绘图时，事
7、先应将滚筒上的纸和笔装妥。先关闭送油阀和回油阀，再开动油泵电机，待油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台上升约cm，以消除其自重。然后关闭送油阀，调零。3、安装试样安装拉伸试样时，对型试验机，可开动下夹头升降电机以调整下夹头的位置，但不能用下夹头升降电机给试样加载；对型试验机，用横梁升降按钮调整拉压空间。4、加载缓慢开启送油阀，给试件平稳加载。应避免油阀开启过大，进油太快。试验进行中，注意不要触动摆杆和摆锤。5、试验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。破坏性试验先取下试样，再缓慢打开回油阀将油液放回油箱。非破坏性试验，自然应先开回油阀卸载，才能取下试样。五、实验数据处理按有关公式，将实验数据计算出来
8、，其数值遵守表2.1的修约规定。有效数以后的数字进位规则见附录。六、数据分析对你所得出的数据，作出合理的分析。表2.1性能指标数值的修约规定性能范围修约到ps、p0.2b200Mpa以下1MPa200Mpa1000MPa5MPa1000 MPa10MPa0.5%0.5%六、问题讨论 试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性能有什么不同。实验二 低碳钢、铸铁压缩演示实验一、实验目的：1、进一步了解万能材料试验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确使用方法。2、通过演示，观察低碳钢和铸铁在压缩时的变形规律和破坏现象，并进行比较。3、测定低碳钢压缩时的屈服极限s；铸铁压缩时的强度极限b。二、实验设备及试样
9、1、万能材料试验机2、游标卡尺3、钢直尺4、压缩试样：图2.11压缩试样压缩试样通常为圆柱形，也分短、长两种（图2.11示）。试样受压时，两端面与试验机垫板间的摩擦力约束试样的横向变形，影响试样的强度。随着比值h0/d0的增大，上述摩擦力对试样中部的影响减弱。但比值h0/d0也不能过大，否则将引起失稳。测定材料抗压强度的短试样（图2.11a示），通常规定h0/d03。至于图2.11b所示长试样，多用于测定钢、铜等材料的弹性常数、及比例极限和屈服极限等。三、实验原理及方法3、铸铁的压缩实验：铸铁的压缩实验与拉伸实验的试验曲线形状很相似（如图2.10）。铸铁压缩时，破坏断口会沿450550左右斜截
10、面断裂，此时，主动针会回到零点，从动针停在原位置不动，记录下载荷b，代入式(2.4)计算得出铸铁的抗压强度极限b。图2.12 低碳钢压缩P-L曲线 4、低碳钢的压缩实验：低碳钢压缩时，其曲线如图2.12，到达屈服时，主动针会停顿甚至倒退，此时记录下屈服载荷s，则有： 此即低碳钢压缩时的屈服极限。继续施加载荷，试样会越压越扁，但始终测不到 P b 。四、实验步骤1、测量试样直径在试样中部位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算其横截面面积0。2、试验机准备根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选择相适应的示力度盘和摆锤重量，需要自动绘图时，事先应将滚筒上的纸和笔装妥。先关闭送油阀和
11、回油阀，再开动油泵电机，待油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台上升约cm，以消除其自重。然后关闭送油阀，调零。3、安装试样直接将压缩试样放于工作台上，上升工作台，使试样与上、下垫板几乎接触为止。4、加载缓慢开启送油阀，给试件平稳加载。应避免油阀开启过大，进油太快。试验进行中，注意不要触动摆杆和摆锤。5、试验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。应先开回油阀回油、卸载，才能取下试样。五、实验数据处理及分析 参照拉伸实验六、问题讨论1、铸铁压缩时沿450550斜面断裂，表明导致破坏的原因是什么？2、低碳钢压缩时能否得到强度极限b？实验三 低碳钢弹性模量E的测定一、实验目的1、进一步熟练掌握万能材料试验机
12、的操作规程及使用方法。2、验证胡克定律，测定低碳钢的弹性模量。3、熟悉球铰式引伸仪的使用方法。二、设备及试样1、万能材料试验机2、球铰式引伸仪3、游标卡尺4、低碳钢拉伸试样（倍试样）三、实验原理及方法弹性模量是应力低于比例极限时应力与应变的比值，即 （2.7）可见，在比例极限内，对试样施加拉伸载荷，并测出标距o的相应伸长，即可求得弹性模量。在弹性变形阶段内试样的变形很小，测量变形需用放大倍数为2000倍（分度值为1/2000mm）的球铰式引伸仪。图2.13 为检查载荷与变形的关系是否符合胡克定律，减少测量误差，试验一般采用等增量法加载，即把载荷分成若干相等的加载等级（图2.13），然后逐级加载
13、。为保证应力不超出比例极限，加载前先估算出试样的屈服载荷，以屈服载荷的作为测定弹性模量的最高载荷n。此外，为使试验机夹紧试样，消除引伸仪和试验机机构的间隙，以及开始阶段引伸仪刀刃在试样上的可能滑动，对试样应施加一个初载荷 0，可取为n的。从0到n将载荷分成n级，且不小于，于是 （n5）例如，若低碳钢的屈服极限s=235MPa，试样直径do=10mm，则图2.13Pn=dos80%=14800N（取为15KN）P0=Pn10%=1.5KN实验时，从P0到 Pn逐级加载，载荷的每级增量为P。对应着每个载荷Pi（I=1,2,3,n），记录下相应的伸长Li，Li+1与Li的差值即为变形增量(L)i,它
14、是P引起的伸长增量。在逐级加载中，若得到的各级(L)i基本相等,就表明L与P成线性关系，符合胡克定律.完成一次加载过程,将得到Pi和Li的一组数据，按线性拟合法求得 (2.8)上式的推导详见附录,这里不再复述。除用线性拟合法确定E外,还可用下述弹性模量平均法.对应于每一个(L),由公式 可以求得相应的Ei为 ,n (2.9)n个Ei的算术平均值E= (2.10)即为材料的弹性模量。四、实验步骤1、测量试样尺寸 在标距为Lo的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算每个横截面面积，取三者中的最小值计算公式中的Ao。2、试验机准备 根据估计的最大载荷，选择合适的示力度盘和相应的摆锤，并按试验机的操作规程进行操作。3、安装试样及引伸仪。4、进行预拉 为检查机器和仪表是否处于正常状态，先把载荷预加到测定E的最高载荷Pn，然后卸载到0Po之间
